Panorama

Tandemsolarzellen auf dem Weg zur Serienreife

14.12.2022 - Mehrere Projekte arbeiten an effizienten Fertigungsverfahren für größere Solarzellen.

Auf klassischen Silizium-Solar­zellen eine zweite Solarzelle aus Perowskit aufzubringen, ermöglicht es, das Sonnen­spektrum noch besser auszunutzen. Weltweit forschen Wissen­schaftlerinnen und Wissenschaftler daran, diese Tandem­solarzellen zuverlässig, langlebig und mit industriellen Herstellungs­prozessen zu realisieren. Forschende am Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE in Freiburg entwickelten zwischen 2020 und 2022 gemeinsam mit Industrie­partnern im Verbund­vorhaben „Switch“ Technologien zur Herstellung von Perowskit-Silizium-Vollformat-Modulen.

Auf Zellebene gelang es dem Team des Leitprojekts „Manitu“ und des durch das Bundes­ministerium für Wirtschaft und Klimaschutz BMWK geförderten Projekts „Presto“ Perowskit-Silizium-Tandem­solarzellen von Labor- auf Wafergröße zu skalieren. In einer gerade beschlossenen Zusammen­arbeit mit Meyer Burger wird das Fraunhofer ISE seine Aktivitäten im Bereich Tandem­solarzellen und -module weiter intensivieren. Im Labormaßstab liegt der derzeit beste publizierte Wirkungsgrad bei 31,3 Prozent. Allerdings sind die Flächen solcher Labor-Solarzellen noch klein – etwa ein Quadrat­zentimeter – und die meisten der bisher im Labor verwendeten Herstellungs­prozesse sind nicht für die industrielle Fertigung nutzbar.

„Wir freuen uns deshalb sehr, dass es uns gelungen ist, auf einer Fläche von über 100 Quadratzentimetern und mit industrieller Siebdruck­metallisierung einen zertifizierten Wirkungsgrad von 22,5 Prozent zu erreichen. Nun geht es für uns darum, auch mit skalierbaren Methoden auf großer Fläche die hohen Wirkungsgrade unserer kleinen Laborzellen zu realisieren“, sagt Patricia Schulze vom Fraunhofer ISE. Besonders intensiv arbeiten die Forschenden an einem hybriden Abscheide­prozess aus zwei etablierten Herstellungs­verfahren für die Herstellung von Perowskit-Solarzellen auf doppel­seitig texturierten Silizium-Solarzellen.

Im Verbund­vorhaben „Switch“ entwickelte das Fraunhofer ISE gemeinsam mit den Projektpartnern Verschaltungs- und Einkapselungs­lösungen für Tandem­solarzellen. „Die Verschaltungs- und Laminations­prozesse mussten dabei so verstanden und angepasst werden, dass die Perowskit-Silizium-Solarzellen ohne Schäden, kostengünstig und langzeit­stabil ins Modul integriert werden können“, sagt Holger Neuhaus, Abteilungs­leiter für Photovoltaik­module am Fraunhofer ISE. Erste Prototypen mit einer Leistung von 430 Watt Peak konnten so bereits hergestellt werden. Flankiert wurden die Entwicklung durch eine detaillierte Analyse der Zelle-zu-Modul-Verluste und Arbeiten zur Langzeit­stabilität der Tandem-Module. Im Rahmen des Verbundvorhabens „Salto“ konnte das Fraunhofer ISE die SWCT-Verschaltungs­technologie von Meyer Burger für Vollformatmodule etablieren. Diese Nieder­temperatur-Technologie ist für die Verschaltung von Silizium-Perowskit-Solarzellen im Vergleich zu konven­tionellen Lötprozessen geeignet.

Fh.-ISE / JOL

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